JP2004153234A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置は、第1及び第2の主表面を有する半導体チップ11を含む。半導体チップ11は、第1主表面上に第1の電極11aを有し、第2主表面上に第2の電極11bを有する。第1のリードフレーム12は、第1の電極11aと接続された第1の接続部15と第1の端子部18とを有する。第2のリードフレーム13は、第2の電極11bと接続された第2の接続部16と第2の端子部19とを有する。ハウジング21は、半導体チップ11を封止し、第1及び第2の接続部15,16の表面の一部を覆わないよう形成されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を含む半導体チップをパッケージに組み込んだ半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、縦型のMOSFET等のパワーデバイスでは、小型化が要求されるとともに、オン抵抗等の電気抵抗を低減することが強く求められている。また、大容量化に伴って、熱抵抗を低減し、チップから発生する熱を効率良く外部へ放出する必要がある。
【0003】
この種のパワーデバイスを搭載した半導体装置は、一般的に次のような構造になっている。半導体チップは、第1主表面及び第2主表面を有しており、それぞれの上に電極が設けられている。これらの電極には、リードフレームが接続されている。このような半導体チップは、樹脂のハウジング内に封入されている。
【0004】
米国特許第6,040,626号に記載された半導体装置では、半導体チップの第1主表面上に形成されているゲート電極は、ゲートワイヤを介して第1のリードフレームに接続されている。半導体チップの第1主表面上に形成されているソース電極は、上部プレート部を介して第2のリードフレームに接続されている。半導体チップの第2主表面上に形成されているドレイン電極は、底部プレート部を介して第3のリードフレームに接続されている。このような上部プレート部を設けることによって、低オン抵抗化を実現している。半導体チップ、ゲートワイヤ及び第1乃至第3のリードフレームの一部は、ハウジング内に封入されている。
【0005】
一方、特開2001−358259号公報に記載された半導体装置では、半導体チップ上には、ヒートシンクが設けられている。また、半導体チップは、ハウジング内に封入されている。半導体チップの第1主表面上に形成されているソース電極は、複数のソースワイヤを介して、第1のリードフレームに接続されている。半導体チップの第1主表面上に形成されているゲート電極は、複数または単数のゲートワイヤを介して、第3のリードフレームに接続されている。半導体チップの第2主表面上に形成されているドレイン電極は、第2のリードフレームに接続されている。また、半導体チップの第1主表面上には、ヒートシンクが設けられている。ヒートシンクは、その表面がハウジングの外に露出しているため、外部に放熱が可能である。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−114445公報(米国特許第6,040,626号)(図3)
【特許文献2】
特開2001−358259公報(図1)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許第6,040,626号に記載された半導体装置では、特に多くの電流を流す必要のあるソース電極上にリードフレームの上部プレート部が接続されている。したがって、電極からリードフレームまでの電流経路の断面積が大きいため、電気抵抗の低減が可能となる。しかし、プレートがハウジング内に樹脂封止されているため、特に大きな電流を流した場合、半導体チップから発生する熱が放熱することができず、熱による素子の暴走、変形、ショート不良などが発生するという問題があった。
【0008】
また、特開2001−358259号公報に記載された半導体装置では、半導体チップの第1主表面上にヒートシンクが形成されている。したがって、半導体チップから発生する熱を放熱することが可能となる。しかし、特に多くの電流を流す必要のあるソース電極を複数のワイヤによって、リードフレームに接続しているため、電極からリードフレームまでの電流経路の断面積が小さく、電気抵抗が増大するという問題があった。
【0009】
本発明は、上記した問題点を解決すべくなされたもので、電気抵抗を低減するとともに、半導体チップから発生する熱を効率良く外部に放出することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するための本発明の半導体装置の一形態は、第1主表面及び第2主表面を有し、前記第1主表面上に第1の電極を有し、前記第2主表面上に第2の電極を有する半導体チップと、
前記第1の電極と接続された第1のヒートシンク部と第1の端子部とを有する第1のリードフレームと、
前記第2の電極と接続された第2のヒートシンク部と第2の端子部とを有する第2のリードフレームと、
前記半導体チップを封止し、前記第1及び第2のヒートシンク部の表面の一部を覆わないよう形成されたハウジングとを具備している。
【0011】
本発明の半導体装置の別の形態は、第1主表面及び第2主表面を有し、前記第1主表面上に第1の電極を有し、前記第2主表面上に第2の電極を有する半導体チップと、
前記第1の電極と接続された導電性のプレート状の第1の接続部と第1の端子部とを有する第1のリードフレームと、
前記第2の電極と接続された導電性のプレート状の第2の接続部と第2の端子部とを有する第2のリードフレームと、
前記半導体チップを封止し、前記第1及び第2の接続部の表面の一部を覆わないよう形成されたハウジングとを具備している。
【0012】
上記した本発明の半導体装置の一形態によれば、効率良く半導体チップから発生する熱を外部に放出することができ、熱抵抗の低減が可能となるとともに、電気抵抗を低減することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1乃至図3に本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置を示す。
【0014】
図1は、半導体装置の平面図である。図2は、図1に示した半導体装置のA−Aにおける断面図であり、図3は、図1に示した半導体装置のB−Bにおける断面図である。
【0015】
半導体チップ11の第1主表面に設けられたソース電極11a及びゲート電極11cは、第1及び第3のリードフレーム12,14に接続されている。半導体チップ11の第2主表面に設けられたドレイン電極11bは、第2のリードフレーム13に接続されている。第1及び第2のリードフレーム12,13は、第1及び第2のヒートシンク部15,16を有している。第3のリードフレーム14は、上部プレート部17を有している。また、第1乃至第3のリードフレーム12,13,14は、第1乃至第3の端子部18,19,20をそれぞれ有している。半導体チップには、例えば縦型のMOSFETが形成されている。
【0016】
図2に示すように、半導体チップ11の第1主表面上に形成されているゲート電極11c上には、ほぼ板状の導電性プレートである上部プレート部17が接続されている。上部プレート部17は、第3のリードフレーム14の一端部(A1)を占める。第3の端子部20は、第3のリードフレーム14の他端部(A2)を占める。第3のリードフレーム14を構成している上部プレート部17と第3の端子部20は、一体化されている。第3のリードフレーム14は、適度な硬度、抵抗、価格等を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。
【0017】
半導体チップ11の第2主表面上に形成されているドレイン電極11bには、表面の一部がハウジングによって覆われていない第2のヒートシンク部16が接続されている。第2のヒートシンク部16は、第2のリードフレーム13の一端部(C1)を占める。第2の端子部19は、第2のリードフレーム13の他端部(C2)を占める。第2のリードフレーム13を構成している第2のヒートシンク部16と第2の端子部19は、一体化されている。第2のリードフレーム13は、適度な硬度、抵抗、価格等を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。
【0018】
図3に示すように、半導体チップ11の第1主表面上に形成されているソース電極11a上には、ほぼ板状の導電性プレートである上部プレート部とヒートシンク部を兼ねた第1のヒートシンク部15が接続されている。第1のヒートシンク部15は、表面の一部がハウジングによって覆われていない。第1のヒートシンク部15は、第1のリードフレーム12の一端部(B1)を占める。第1の端子部18は、第1のリードフレーム12の他端部(B2)を占める。第1のリードフレーム12を構成している第1のヒートシンク部15と第1の端子部18は、一体化されている。第1のリードフレーム12は、適度な硬度、抵抗、価格等を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。ここで、ソース電極等の電極上に、ほぼ板状の導電性プレートを形成し、この導電性プレートを介して電極がリードフレームに接続されている構造を、以下ストラップ構造という。また、このほぼ板状の導電性プレートを以下ストラップという。
【0019】
第1及び第2のヒートシンク部15,16は、ヒートシンクの効果を十分有するように、第1及び第2の端子部18,19よりも厚く形成されている。ソース電極11a上に接続されているストラップを兼ねた第1のヒートシンク部15と、ドレイン電極11bに接続されている第2のヒートシンク部16は、半導体チップ11を上下から直接挟み込んでいる。第1及び第2のヒートシンク部15,16は、半導体チップ11の主表面に直接接触させて圧接することによって、ソース電極11a及びドレイン電極11bと接続されている。半導体チップ11に接続された第1のヒートシンク部15は上面を露出するよう、また、第2のヒートシンク部16は下面を露出するよう、周囲にハウジング21が形成されている。ハウジング21は、樹脂等を用いて、半導体チップ等を封止している。第1乃至第3のリードフレーム12,13,14は、樹脂の膨張力(または、収縮力)によってハウジング21に固定されている。
【0020】
図2に示すように、ゲート電極11c上に接続されているストラップを兼ねた上部プレート部17は樹脂等で覆われており、第1のヒートシンク部15とは、絶縁されている。
【0021】
第1の実施の形態によれば、第1のヒートシンク部15の上面と、第2のヒートシンク部16の下面は、ハウジングの樹脂に覆われておらず、外部に露出しているため、半導体チップ11から発生する熱を直接外部に放出することができる。したがって、ソース電極11a上に形成される第1のヒートシンク部15がストラップを兼ねた構成であり、効率良く半導体チップから発生する熱を外部に放出することができるため、熱抵抗を低減するとともに、電気抵抗を低減することが可能となる。また、ゲート電極11c上にストラップ構造の導電性プレートとして上部プレート部17が形成されているため、電気抵抗をより低減することができる。
【0022】
また、第1のヒートシンク部15の上面と第2のヒートシンク部16の下面の両方の各主表面側から熱を放出することができるため、放熱効率が良く、各主表面側の温度差等による半導体チップの反りなどの変形を抑制することができる。また、半導体装置の動作範囲をより広く設定することができる。また、外部に露出したヒートシンク部の表面領域を端子の一部として用いることも可能である。
【0023】
次に、前述した本発明の第1の実施の形態の変形例を説明する。これらの変形例を示す図4乃至図8において、第1の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。
【0024】
図4及び図5に第1の変形例を示す。この変形例では、第1のヒートシンク部15は、上部プレート部17の上にまで延長し、樹脂などの封止体(ハウジング21)を介して上部プレート部17上に形成している。このように形成することによって、ヒートシンク領域の面積をより大きく形成することができるため、さらに熱抵抗を低減することができる。
【0025】
また、図6に第2の変形例を示す。この変形例では、図2の上部プレート部17に代えて、半導体チップ11の第1主表面上に形成されているゲート電極11c上に、ボンディングによってゲートワイヤ22を接続し、このゲートワイヤ22を介して第3のリードフレーム14の第3の端子部20に接続している。ゲートワイヤ22は例えば金で構成することができる。第3のリードフレーム14は、適度な硬度、抵抗、価格等を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。
【0026】
また、図7に第3の変形例を示す。この変形例では、第1のヒートシンク部15は、図6の第2の変形例のゲートワイヤ22の上にまで延長し、樹脂などの封止体21を介してゲートワイヤ22上に形成している。このように形成することによって、ヒートシンク領域の面積をより大きく形成することができるため、さらに熱抵抗を低減することができる。
【0027】
図6及び図7の第2及び第3の変形例では、ゲート電極上にプレートを加工して形成する必要がないため、図2及び図5のように上部プレート部17を設けた場合と比べて、容易に製造することができる。また、ゲート電極11cは制御電極であり、ソース電極11aと比較すると多くの電流を流す必要がないため、ゲートワイヤ22による電気抵抗の増加は微小である。よって、これらの変形例では、第1の実施の形態において記載した例とほぼ同様に電気抵抗及び熱抵抗を低減することが可能となる。
【0028】
図8に第4の変形例を示す。この変形例では、図2の上部プレート部17に代えて、ストラップを兼ねた第3のヒートシンク部23を形成している。図8において、半導体チップ11の第1主表面上に形成されているゲート電極11c上に、ストラップを兼ねた第3のヒートシンク部23が直接接触することによって接続されている。第3のヒートシンク部23は、第3のリードフレーム14の一端部を占める。第3の端子部20は、第3のリードフレーム14の他端部を占める。第3のリードフレーム14を構成している第3のヒートシンク部23と第3の端子部は、一体化されている。第3のリードフレーム14は、適度な硬度、抵抗、価格等を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。
【0029】
ゲート電極11c上に接続されているストラップを兼ねた第3のヒートシンク部23は、半導体チップ11の主表面に直接接触させて圧接することによって接続されている。第3のヒートシンク部23は上面をハウジングによって覆われないよう、周囲にハウジング21が形成されている。ハウジング21は、樹脂等を用いて、半導体チップ等を封止している。第3のヒートシンク部23は、周囲を樹脂で覆われており、第1のヒートシンク部15とは絶縁されている。第1及び第2のヒートシンク部15,16は、ヒートシンクの効果を十分有するため、第1及び第2の端子部18,19よりも厚く形成されている。
【0030】
前述した第4の変形例によれば、ゲート電極上にストラップ構造のヒートシンク部が形成されるため、電気抵抗をより低減し、熱抵抗をより低減することができる。
【0031】
以上、前述した第1の実施の形態及びその第1乃至第4の変形例では、ヒートシンク部または上部プレート部と、半導体チップ上の電極とを接続する方法として、上下からの直接接触による圧接接合を記載したが、半田による接合、導電性接着剤による接合でもよい。直接接触による圧接接合では、半田や接着剤等を用いないため、熱膨張率の違いによって生じる界面付近のクラックなどの劣化を抑止できるという点で好ましい。
【0032】
さらに、第1の実施の形態及びその第1乃至第4の変形例に記載したリードフレームの配置・形状等を有するパッケージに限定されない。第1乃至第3のリードフレーム12,13,14は、それぞれ3本,4本,1本の端子を有しているが、これらの本数は、半導体装置のアウトプット・インプットの構成や用途等によって決定されるものであり、これに限定されない。
【0033】
(第2の実施の形態)
図9乃至図11に本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置を示す。図1乃至図3に示す第1の実施の形態と同一部分については、同一符号を示す。
【0034】
図9は、第2の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。図10は、図9に示した半導体装置のA−Aにおける断面図であり、図11は、図9に示した半導体装置のB−Bにおける断面図である。
【0035】
半導体チップ61の第1主表面に設けられたソース電極61a及びゲート電極61cは、第1及び第3のリードフレーム62,64に接続されている。半導体チップ61の第2主表面に設けられたドレイン電極61bは、第2のリードフレーム63に接続されている。第1及び第2のリードフレーム62,63は、第1及び第2のヒートシンク部65,66を有している。また、第3のリードフレーム64は、上部プレート部67を有している。また、第1乃至第3のリードフレーム62,63,64は、第1乃至第3の端子部68,69,70をそれぞれ有している。半導体チップ61には、例えば縦型のMOSFETが形成されている。
【0036】
図10に示すように、半導体チップ61の第1主表面上に形成されているゲート電極61c上には、ほぼ板状の導電性プレートである上部プレート部67が接続されている。上部プレート部67は、第3の端子部70と個別の部品であり、相互に接続されて、第3のリードフレーム64を構成している。ゲート電極61c及び上部プレート部67は、低抵抗なAlを含む導電性材料によって構成されている。また、第3の端子部70は、硬度を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。
【0037】
半導体チップ61の第2主表面上に形成されているドレイン電極61bには、表面の一部がハウジングによって覆われていない第2のヒートシンク部66が接続されている。第2のヒートシンク部66は、第2のリードフレーム63の一端部を占める。第2の端子部69は、第2のリードフレーム63の他端部を占める。第2のリードフレーム63を構成している第2のヒートシンク部66と第2の端子部69は、一体化されている。第2のリードフレーム63は、適度な硬度、抵抗、価格等を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。
【0038】
図11に示すように、半導体チップ61の第1主表面上に形成されているソース電極61a上には、ほぼ板状の導電性プレートである上部プレート部とヒートシンク部を兼ねた第1のヒートシンク部65が接続されている。第1のヒートシンク部は表面の一部がハウジングによって覆われていない。第1のヒートシンク部65は、第1の端子部68と個別の部品であり、相互に接続されて、第1のリードフレーム62を構成している。ソース電極61a及び第1のヒートシンク部65は、低抵抗なAlを含む導電性材料によって構成されている。また、第1の端子部68は、硬度を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。第1のヒートシンク部65は、アーチ状に形成されていてもよい。
【0039】
第1及び第2のヒートシンク部65,66は、ヒートシンクの効果を十分有するべく、第1及び第2の端子部68,69よりも厚く形成されている。ソース電極61a上に接続されているストラップを兼ねた第1のヒートシンク部65と、ドレイン電極に接続されている第2のヒートシンク部66は、半導体チップ61を上下から直接挟み込んでいる構成となっている。
【0040】
第1のヒートシンク部65は、半導体チップ61の主表面に直接接触させて超音波接合することによって、ソース電極61aと接続されている。第2のヒートシンク部66は、半導体チップ61の主表面に直接接触させて圧接接合することによって、ドレイン電極61bと接続されている。第1のヒートシンク部65は上面を露出するよう、第2のヒートシンク部66は下面を露出するよう、周囲にハウジング71が形成されている。ハウジング71は、樹脂等を用いて、半導体チップ等を封止している。
【0041】
図10に示すように、ゲート電極61c上に接続されている上部プレート部67は樹脂等で覆われており、第1のヒートシンク部65とは絶縁されている。
【0042】
第2の実施の形態によれば、第1のヒートシンク部65の上面と、第2のヒートシンク部66の下面は、ハウジングの樹脂に覆われておらず、外部に露出しているため、半導体チップ61から発生する熱を直接外部に放出することができる。したがって、ソース電極61a上に形成される第1のヒートシンク部65がストラップを兼ねた構成であり、効率良く半導体チップから発生する熱を外部に放出することができるため、熱抵抗を低減するとともに、電気抵抗を低減することが可能となる。また、ゲート電極61c上にストラップ構造の導電性プレートとして上部プレート部67が形成されているため、電気抵抗をより低減することができる。
【0043】
また、ヒートシンク部と電極とが同じ導電性材料で構成されているため、接続の界面においても熱抵抗が低く、放熱効率をより一層向上させることができる。
【0044】
また、第1のヒートシンク部55の上面と第2のヒートシンク部56の下面の両方の各主表面側から熱を放出することができるため、放熱効率が良く、各主表面側の温度差等による半導体チップの反りなどの変形を抑制することができる。また、半導体装置の動作範囲をより広く設定することができる。また、外部に露出したヒートシンク部の表面領域を端子の一部として用いることも可能である。
【0045】
次に、前述した本発明の第2の実施の形態の変形例を説明する。これらの変形例を示す図12乃至図16において、第2の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。
【0046】
図12及び図13に第1の変形例を示す。この変形例では、第1のヒートシンク部65は、上部プレート部67の上にまで延長され、樹脂などの封止体を介して上部プレート部67上に形成されている。このように形成することによって、ヒートシンク領域の面積をより大きく形成することができるため、さらに熱抵抗を低減することができる。
【0047】
図14に第2の変形例を示す。この変形例では、図10の上部プレート部67に代えて、半導体チップ61の第1主表面上に形成されているゲート電極61c上には、ボンディングによってゲートワイヤ72を接続し、このゲートワイヤ72を介して第3のリードフレーム64の第3の端子部69に接続している。ゲートワイヤ72は例えば金で構成することができる。第3の端子部70は、適度な硬度、抵抗、価格等を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。
【0048】
また、図15に第3の変形例を示す。この変形例では、第1のヒートシンク部65は、図14の第2の変形例のゲートワイヤ72の上にまで延長し、樹脂などの封止体を介してゲートワイヤ72上に形成している。このように形成することによって、ヒートシンク領域の面積をより大きく形成することができるため、さらに熱抵抗を低減することができる。
【0049】
図14及び図15の第2及び第3の変形例では、ゲート電極上にプレートを加工して形成する必要がないため、図10及び図13のように上部プレート部67を設けた場合と比べて、容易に製造することができる。また、ゲート電極61cは制御電極であり、ソース電極61aと比較すると多くの電流を流す必要がないため、ゲートワイヤ72による電気抵抗の増加は微小である。よって、これらの変形例では、第2の実施の形態において記載した例とほぼ同様に電気抵抗及び熱抵抗を低減することが可能となる。
【0050】
図16に第4の変形例を示す。この変形例では、図10の上部プレート部67に代えて、ストラップを兼ねた第3のヒートシンク部73を形成している。図16において、半導体チップ61の第1主表面上に形成されているゲート電極61c上に、ストラップを兼ねた第3のヒートシンク部73が直接接触することによって接続されている。第3のヒートシンク部73は、第3の端子部70と個別の部品であり、相互に接続されて、第3のリードフレーム64を構成している。ゲート電極61c及び第3のヒートシンク部73は、低抵抗なAlを含む導電性材料によって構成されている。また、第3の端子部70は、適度な硬度、抵抗、価格等を考慮し、例えばCuを含む導電性材料によって構成されている。
【0051】
ゲート電極61c上に接続されているストラップを兼ねた第3のヒートシンク部73は、半導体チップ61の主表面に直接接触させて超音波接合することによって接続されている。第3のヒートシンク部73は上面をハウジングによって覆われないよう、周囲にハウジング71が形成されている。ハウジング71は、樹脂等を用いて、半導体チップ等を封止している。第3のヒートシンク部73は、周囲を樹脂で覆われており、第1のヒートシンク部65とは絶縁されている。第1及び第2のヒートシンク部65,66は、ヒートシンクの効果を十分有するべく、第1及び第2の端子68,69よりも厚く形成されている。
【0052】
前述した第4の変形例によれば、ゲート電極上にストラップ構造のヒートシンク部が形成されるため、電気抵抗をより低減し、熱抵抗をより低減することができる。さらに、第1及び第2のヒートシンク部が、各電極と同じ導電性材料を有するよう形成されているため、放熱効率をより一層向上させることができる。
【0053】
以上、前述した第2の実施の形態及びその第1乃至第4の変形例では、ヒートシンク部または上部プレート部と、半導体チップ上の電極とを接続する方法として、上下からの直接接触による超音波接合法及び圧接接合法を記載したが、半田による接合、導電性接着剤による接合でもよい。直接接触による接合では、半田や接着剤等を用いないため、熱膨張率の違いによって生じる界面付近のクラックなどの劣化を抑止できるという点で好ましい形態である。
【0054】
さらに、第2の実施の形態及びその第1乃至第4の変形例に記載したリードフレームの配置・形状等を有するパッケージに限定されない。第1乃至第3のリードフレーム62,63,64は、それぞれ3本,4本,1本の端子を有しているが、これらの本数は、半導体装置のアウトプット・インプットの構成や用途等によって決定されるものであり、これに限定されない。
【0055】
上述した第1及び第2の実施の形態では、半導体パッケージに組み込む半導体素子として、縦型のMOSFETを例に説明したが、第1及び第2の主表面を有し、各主表面に電極を設けたダイオードについても適用することができる。この場合、図1及び図9において、ゲート電極11c,61cと第3のリードフレーム14,64を除いた構造が考えられる。半導体素子は、MOSFETに限定されず、ダイオードの他、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor),MCT(MOS制御型サイリスタ),GTO(Gate Turn Off thyristor)などでもかまわない。
【0056】
(第3の実施の形態)
図17に本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置を示す。図17は、半導体装置の平面図である。
【0057】
半導体チップ81t,81dに、縦型のトランジスタ及びダイオードがそれぞれ形成されている。半導体チップ81t,81dの第1主表面に設けられた電極81t−a,81d−aは、第1のリードフレーム82に接続されている。半導体チップ81t,81dの第2主表面に設けられた電極81t−b,81d−bは、第2のリードフレーム83に接続されている。半導体チップ81tの第1主表面に設けられた電極81t−cは、第3のリードフレーム84に接続されている。第1及び第2のリードフレーム82,83は、第1及び第2のヒートシンク部85,86を有している。第3のリードフレーム84は、上部プレート部87を有している。また、第1乃至第3のリードフレーム82,83,84は、第1乃至第3の端子部88,89,90をそれぞれ有している。半導体素子の組み合わせは、縦型のトランジスタとダイオードに限定されない。MOSFET,IGBT,IEGT,MCT,GTO,ダイオードなどから素子を任意に選択して組み合わせることができる。よって、複数の半導体チップが半導体パッケージ内に搭載されている場合にも適用することもできる。
【0058】
以上、上述した第1乃至第3の実施の形態とその変形例に示した形態では、第1乃至第3のリードフレームは、それぞれ3本,4本,1本の端子を有しているが、これらの本数は、半導体装置のアウトプット・インプットの構成や用途等によって決定されるものであり、これに限定されない。図18に示すように、3本,4本,1本の端子を有している図1の第1乃至第3の端子部18,19,20に代えて、それぞれ1本の端子を有している第1乃至第3の端子部92,93,94を形成してもよい。さらに、図19に示すように、複数の端子を有している第1及び第2のリードフレーム12,13の第1及び第2の端子部18,19の付け根部分が、ハウジング21の外部に形成されていてもよい。
【0059】
また、ソース電極等の電極上に、ストラップを兼ねたヒートシンク部を形成し、このヒートシンク部を介して電極がリードフレームに接続されているようなストラップ構造を例に説明した。しかし、本発明は、ストラップ構造に限定されない。また、ヒートシンク部に代えて、ソース電極等の電極上に、表面の一部がハウジングによって覆われていないような熱抵抗の低いプレート状の接続部を形成してもよい。プレート状の接続部の平面形状は、特に限定されない。また、プレート状の接続部は、露出した接続部の表面に凸部などが一部形成されているような場合や、露出した接続部の表面に他の電極と接続する配線が一部形成されているような場合でもよい。また、ヒートシンク部または接続部の上面(または下面)の一部がハウジングによって覆われていてもよい。ハウジングに覆われていないヒートシンク部または接続部の表面の一部は、上面(または下面)に限定されず、側面を含んでいてもよい。
【0060】
また、一端にヒートシンク部が設けられ、他端に端子部が設けられているリードフレームの構造を例に説明したがこれに限定されない。ヒートシンク部から複数の端子部が延びるようなリードフレームの構造の半導体パッケージに適用してもよい。
【0061】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、効率良く半導体チップから発生する熱を外部に放出することができ、熱抵抗の低減が可能となるとともに、電気抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図2】図1の半導体装置のA−Aにおける断面図である。
【図3】図1の半導体装置のB−Bにおける断面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
【図5】図4の半導体装置のA−Aにおける断面図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態の第2の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態の第3の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図8】本発明の第1の実施の形態の第4の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置を示す平面図である。
【図10】図9の半導体装置のA−Aにおける断面図である。
【図11】図9の半導体装置のB−Bにおける断面図である。
【図12】本発明の第2の実施の形態の第1の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
【図13】図12の半導体装置のA−Aにおける断面図である。
【図14】本発明の第2の実施の形態の第2の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図15】本発明の第2の実施の形態の第3の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図16】本発明の第2の実施の形態の第4の変形例に係る半導体装置の断面図である。
【図17】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置を示す平面図である
【図18】本発明の第1乃至第3の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
【図19】本発明の第1乃至第3の実施の形態の他の変形例に係る半導体装置を示す平面図である。
【符号の説明】
11,61,81d,81t,121,141・・・半導体チップ
11a,61a・・・ソース電極
11b,61b・・・ドレイン電極
11c,61c・・・ゲート電極
12,62,82,122,142・・・第1のリードフレーム
13,63,83,123,143・・・第2のリードフレーム
14,64,84,124,144・・・第3のリードフレーム
15,65,85・・・第1のヒートシンク部
16,66,86・・・第2のヒートシンク部
17,67,87,127・・・上部プレート部
18,68,88,92・・・第1の端子部
19,69,89,93・・・第2の端子部
20,70,90,94・・・第3の端子部
21,71,91,126,148・・・ハウジング
22,72,125,147・・・ゲートワイヤ
23,73・・・第3のヒートシンク部
80a・・・トランジスタ
80b・・・ダイオード
81t−a,81d−a,81t−b,81d−b,81t−c・・・電極
128・・・底部プレート部
145・・・ヒートシンク
146・・・ソースワイヤ
A1・・・第3のリードフレームの一端部(第1の実施の形態)
A2・・・第3のリードフレームの他端部(第1の実施の形態)
B1・・・第1のリードフレームの一端部(第1の実施の形態)
B2・・・第1のリードフレームの他端部(第1の実施の形態)
C1・・・第2のリードフレームの一端部(第1の実施の形態)
C2・・・第2のリードフレームの他端部(第1の実施の形態)
Claims (33)
- 第1主表面及び第2主表面を有し、前記第1主表面上に第1の電極を有し、前記第2主表面上に第2の電極を有する半導体チップと、
前記第1の電極と接続された第1のヒートシンク部と第1の端子部とを有する第1のリードフレームと、
前記第2の電極と接続された第2のヒートシンク部と第2の端子部とを有する第2のリードフレームと、
前記半導体チップを封止し、前記第1及び第2のヒートシンク部の表面の一部を覆わないよう形成されたハウジングとを具備した半導体装置。 - 前記第1及び第2の端子部は、それぞれ、前記第1及び第2のヒートシンク部と一体化して形成されており、かつ、前記第1及び第2のヒートシンク部から延びるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1のヒートシンク部と前記第1の端子部は、個別の部品であり、相互に接続されることによって、第1のリードフレームを構成し、前記第2のヒートシンク部と前記第2の端子部は、個別の部品であり、相互に接続されることによって、第2のリードフレームを構成していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1の電極及び前記第2の電極は、前記第1のヒートシンク部及び前記第2のヒートシンク部にそれぞれ直接接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2のヒートシンク部は、導電性のプレートによって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1のヒートシンク部及び前記第2のヒートシンク部の厚さは、それぞれ前記第1の端子部及び前記第2の端子部の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2のヒートシンク部と前記第1及び第2の端子部は、Cuを含む導電性材料によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2のヒートシンク部は、Alを含む導電性材料によって構成され、前記第1及び第2の端子部は、Cuを含む導電性材料によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1の電極は、Alを含む導電性材料によって構成され、前記第1のヒートシンク部は、超音波接合によって前記第1の電極と接続されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記第1の主表面上にさらに第3の電極を有し、この第3の電極が、ワイヤを介して第3のリードフレームに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1のリードフレームは、前記第3の電極上の領域にも、延在して形成されていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
- 前記第1の主表面上にさらに第3の電極を有し、
前記第3の電極と接続された上部プレート部と第3の端子部とを有する第3のリードフレームをさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1のリードフレームは、前記第3の電極上の領域にも、延在して形成されていることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
- 前記ハウジングは、前記上部プレート部の表面の一部が露出するよう形成されていることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
- 前記上部プレート部及び前記第3の端子部は、Cuを含む導電性材料によって構成されていることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
- 前記上部プレート部は、Alを含む導電性材料によって構成され、前記第3の端子部は、Cuを含む導電性材料によって構成されていることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
- 前記第3の電極は、Alを含む導電性材料によって構成され、前記上部プレート部は、超音波接合によって前記第3の電極と接続されていることを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。
- 第1主表面及び第2主表面を有し、前記第1主表面上に第1の電極を有し、前記第2主表面上に第2の電極を有する半導体チップと、
前記第1の電極と接続された導電性のプレート状の第1の接続部と第1の端子部とを有する第1のリードフレームと、
前記第2の電極と接続された導電性のプレート状の第2の接続部と第2の端子部とを有する第2のリードフレームと、
前記半導体チップを封止し、前記第1及び第2の接続部の表面の一部を覆わないよう形成されたハウジングとを具備した半導体装置。 - 前記第1及び第2の端子部は、それぞれ、前記第1及び第2の接続部と一体化して形成されており、かつ、前記第1及び第2の接続部から延びるように形成されていることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
- 前記第1の接続部と前記第1の端子部は、個別の部品であり、相互に接続されることによって、第1のリードフレームを構成し、前記第2の接続部と前記第2の端子部は、個別の部品であり、相互に接続されることによって、第2のリードフレームを構成していることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
- 前記第1の電極及び前記第2の電極は、前記第1の接続部及び前記第2の接続部にそれぞれ直接接続されていることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
- 前記第1の接続部及び前記第2の接続部の厚さは前記第1の端子部及び前記第2の端子部の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2の接続部と前記第1及び第2の端子部は、Cuを含む導電性材料によって構成されていることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
- 前記第1及び第2の接続部は、Alを含む導電性材料によって構成され、前記第1及び第2の端子部は、Cuを含む導電性材料によって構成されていることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
- 前記第1の電極は、Alを含む導電性材料によって構成され、前記第1の接続部は、超音波接合によって前記第1の電極と接続されていることを特徴とする請求項24に記載の半導体装置。
- 前記第1の主表面上にさらに第3の電極を有し、この第3の電極が、ワイヤを介して第3のリードフレームに接続されていることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
- 前記第1のリードフレームは、前記第3の電極上の領域にも、延在して形成されていることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。
- 前記第1の主表面上にさらに第3の電極を有し、
前記第3の電極と接続された上部プレート部と第3の端子部とを有する第3のリードフレームをさらに具備することを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。 - 前記第1のリードフレームは、前記第3の電極上の領域にも、延在して形成されていることを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
- 前記ハウジングは、前記上部プレート部の表面の一部が露出するよう形成されていることを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
- 前記上部プレート部及び前記第3の端子部は、Cuを含む導電性材料によって構成されていることを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
- 前記上部プレート部は、Alを含む導電性材料によって構成され、前記第3の端子部は、Cuを含む導電性材料によって構成されていることを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
- 前記第3の電極は、Alを含む導電性材料によって構成され、前記上部プレート部は、超音波接合によって前記第3の電極と接続されていることを特徴とする請求項32に記載の半導体装置。
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